AT519618A1

AT519618A1 - Starting burner with heating means for fuel cell system

Info

Publication number: AT519618A1
Application number: ATA50109/2017A
Authority: AT
Inventors: Ing Jörg Mathé Dipl; Dipl Ing Michael (Fh) Reissig; Ing Thomas Krauss Dipl; B Eng Makinson Julian; Bernd Reiter Bsc; Vincent Lawlor Dr
Original assignee: Avl List Gmbh; Nissan Motor
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2017-02-09
Publication date: 2018-08-15
Also published as: AT519618B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Startbrenner (100a; 100b) für ein Brennstoffzellensystem (1000), aufweisend einen Katalysator (10) mit einem Katalysatoreingang (11) und einem Katalysatorausgang (12), wobei zwischen dem Katalysatoreingang (11) und dem Katalysatorausgang (12) ein Katalysebereich (13) für eine katalytische Reaktion eines Betriebsfluidgemisches ausgestaltet ist, und eine Mischkammer (80), in welcher das Betriebsfluidgemisch durch Vermischen wenigstens eines ersten Betriebsfluids (F1) mit wenigstens einem zweiten Betriebsfluid (F2) erzeugbar ist, wobei stromaufwärts des Katalysatoreingangs (11) und stromabwärts der Mischkammer (80) ein Heizmittel (40) zum Erwärmen des Betriebsfluidgemisches angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Brennstoffzellensystem (1000) mit dem Startbrenner (100a; 100b) sowie ein Verfahren zum Erwärmen eines Betriebsfluidgemisches in dem Brennstoffzellensystem (1000).The present invention relates to a start-up burner (100a, 100b) for a fuel cell system (1000), comprising a catalyst (10) having a catalyst inlet (11) and a catalyst outlet (12), between the catalyst inlet (11) and the catalyst outlet (12). a catalytic region (13) is designed for a catalytic reaction of an operating fluid mixture, and a mixing chamber (80) in which the operating fluid mixture can be generated by mixing at least one first operating fluid (F1) with at least one second operating fluid (F2), upstream of the catalyst input ( 11) and downstream of the mixing chamber (80) a heating means (40) for heating the operating fluid mixture is arranged. The invention further relates to a fuel cell system (1000) with the starting burner (100a, 100b) and a method for heating an operating fluid mixture in the fuel cell system (1000).

Description

Startbrenner mit Heizmittel für BrennstoffzellensystemStarting burner with heating means for fuel cell system

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Startbrenner für ein Brennstoffzellensystem, insbesondere ein SOFC-System, ein Brennstoffzellensystem mit einem Startbrenner sowie ein Verfahren zum Erwärmen eines Betriebsfluidgemisches in einem Brennstoffzellensystem.The present invention relates to a starting burner for a fuel cell system, more particularly to an SOFC system, a fuel cell system having a starting burner, and a method of heating an operating fluid mixture in a fuel cell system.

Im Stand der Technik sind verschiedene Startbrenner für verschiedene Brennstoffzellensysteme bekannt. Aus der DE 102 56 453 A1 ist eine Dosiereinrichtung für flüssige Kraftstoffe, insbesondere zum Eintrag in einen katalytischen Brenner bzw. einen chemischen Reformer zur Gewinnung von Wasserstoff oder in einen Nachbrenner zur Erzeugung von Wärme zum Erwärmen des Reformers, bekannt. Die Dosiervorrichtung weist zumindest ein Heizmittel aus einem maschenartigen vernetzten Drahtgeflecht, insbesondere in Form eines rohrförmigen Hohlkörpers, auf, mit welchem dem Kraftstoff Wärme zugeführt werden kann. Aus der DE 102 56 453 A1 geht ferner hervor, dass das Heizmittel vor oder in Reformer, Nachbrenner oder Startbrenner eingesetzt werden kann.Various starting torches for various fuel cell systems are known in the prior art. DE 102 56 453 A1 discloses a metering device for liquid fuels, in particular for introduction into a catalytic burner or a chemical reformer for obtaining hydrogen or into an afterburner for generating heat for heating the reformer. The metering device has at least one heating means of a mesh-like cross-linked wire mesh, in particular in the form of a tubular hollow body, with which heat can be supplied to the fuel. From DE 102 56 453 A1 also shows that the heating means can be used before or in reformer, afterburner or starting burner.

Startbrenner weisen in der Regel eine Brennkammer auf, in welcher ein Brennstoffgemisch mittels einer Funkenzündung gezündet wird. Würde in einen solchen Startbrenner an Stelle der Funkenzündung ein wie vorstehend beschriebenes Heizmittel mit einem maschenartigen vernetzten, rohrförmigen Drahtgeflecht integriert werden, würde dies zu einem relativ groß gebauten Startbrenner führen. Insbesondere für den mobilen Einsatz ist es bei einem Startbrenner allerdings wünschenswert, dass dieser so kompakt und klein wie möglich ausgestaltet ist.Starting burners generally have a combustion chamber in which a fuel mixture is ignited by means of a spark ignition. If, in place of the spark ignition, such a starting burner would be integrated with a mesh-like networked, tubular wire mesh as described above, this would lead to a relatively large starting burner. In particular, for mobile use, however, it is desirable in a starting burner, that this is designed as compact and small as possible.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, der voranstehenden Problematik zumindest teilweise Rechnung zu tragen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten, d.h., möglichst kompakten und einfach aufgebauten Startbrenner zum Erwärmen eines Brennstoffzellensystems zur Verfügung zu stellen.Object of the present invention is to at least partially take into account the above problem. In particular, it is an object of the present invention to provide an improved, that is as compact as possible and simply constructed, starting burner for heating a fuel cell system.

Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch den Startbrenner gemäß Anspruch 1, das Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 11 sowie das Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Startbrenner beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem, dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.The above object is solved by the claims. In particular, the above object is achieved by the starting burner according to claim 1, the fuel cell system according to claim 11 and the method according to claim 12. Further advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings. In this case, features and details that are described in connection with the starting burner, of course, also in connection with the fuel cell system according to the invention, the method according to the invention and in each case vice versa, so with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention always reciprocal reference is or can be.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Startbrenner für ein Brennstoffzellensystem zur Verfügung gestellt. Der Startbrenner weist einen Katalysator mit einem Katalysatoreingang und einem Katalysatorausgang auf, wobei zwischen dem Katalysatoreingang und dem Katalysatorausgang ein Katalysebereich für eine katalytische Reaktion eines Betriebsfluidgemisches ausgestaltet ist. Der Startbrenner weist außerdem eine Mischkammer auf, in welcher das Betriebsfluidgemisch durch Vermischen von wenigstens einem ersten Betriebsfluids mit wenigstens einem zweiten Betriebsfluid erzeugbar ist. Stromaufwärts des Katalysatoreingangs und stromabwärts der Mischkammer ist ein Heizmittel zum Erwärmen des Betriebsfluidgemisches angeordnet.According to a first aspect of the present invention, there is provided a start burner for a fuel cell system. The start burner has a catalyst with a catalyst inlet and a catalyst outlet, wherein between the catalyst inlet and the catalyst outlet, a catalytic region is designed for a catalytic reaction of an operating fluid mixture. The starting burner also has a mixing chamber in which the operating fluid mixture can be generated by mixing at least one first operating fluid with at least one second operating fluid. Upstream of the catalyst inlet and downstream of the mixing chamber, a heating means for heating the working fluid mixture is arranged.

Durch die Kombination des Katalysators mit dem vorgeschalteten Heizmittel innerhalb des Startbrenners bzw. innerhalb eines Gehäusekörpers des Startbrenners ist es auf einfache, kompakte und kostengünstige Weise möglich, das Betriebsfluidgemisch effizient zu erhitzen. Entsprechend vorteilhaft kann auch das Brennstoffzellensystem bzw. ein Reformer des Brennstoffzellensystems bei einem Startvorgang des Brennstoffzellensystems erwärmt werden. Durch das Heizmittel kann das Betriebsfluidgemisch auf eine gewünschte Temperatur vorgeheizt werden, bevor es in den stromabwärts angeordneten Katalysator eintritt. Dadurch kann der Katalysator besonders effizient und effektiv betrieben werden. Die kompakte Bauweise ist insbesondere bei mobilen Anwendungen des Startbrenners, beispielsweise im Automobilbereich, von Vorteil.By combining the catalyst with the upstream heating means within the starting burner or within a housing body of the starting burner, it is possible in a simple, compact and cost-effective manner to heat the operating fluid mixture efficiently. Accordingly advantageously, the fuel cell system or a reformer of the fuel cell system can also be heated during a starting process of the fuel cell system. By the heating means, the operating fluid mixture may be preheated to a desired temperature before entering the downstream catalyst. As a result, the catalyst can be operated particularly efficiently and effectively. The compact design is particularly advantageous in mobile applications of the starting burner, for example in the automotive sector.

Durch das erfindungsgemäße Vorheizen des Betriebsfluidgemisches stromaufwärts des Katalysators kann der Katalysators mit einem besonders hohen Wirkungsgrad betrieben werden. Entsprechend hoch ist die durch den Katalysator erzeugbare Wärmeleistung.By preheating the operating fluid mixture upstream of the catalyst according to the invention, the catalyst can be operated with a particularly high degree of efficiency. The heat output that can be generated by the catalyst is correspondingly high.

Weiterhin ist es von Vorteil, dass bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung auf herkömmliche Flammbrenner einschließlich Zündmittel wie Glühstifte verzichtet werden kann. Durch den vorliegenden Startbrenner können Kraftstoffe verbrannt werden, die an einem Flammbrenner nicht oder nur ungenügend verbrennen, beispielsweise verschiedene Kohlenwasserstoffgemische.Furthermore, it is advantageous that in an embodiment according to the invention can be dispensed with conventional flame burner including ignition means such as glow plugs. By the present starting burner fuels can be burned, which burn on a flame burner not or only insufficiently, for example, various hydrocarbon mixtures.

Unter dem Startbrenner ist vorliegend insbesondere ein Startbrenner zum Erwärmen eines Nachbrenners des Brennstoffzellensystems, der wiederum zum Erwärmen eines Reformers des Brennstoffzellensystems bereitgestellt ist, zu verstehen. Bei einem Kaltstart des Brennstoffzellensystems, wenn der Nachbrenner noch kalt ist und somit nicht zum Erwärmen des Reformers des Brennstoffzellensystems geeignet ist, kann durch den Startbrenner der Nachbrenner vorgeheizt werden. Demnach kann der Reformer während des Startvorgangs des Brennstoffzellensystems über den Nachbrenner indirekt erwärmt werden. Sobald der Nachbrenner durch den Betrieb des Brennstoffzellensystems auf Betriebstemperatur ist, kann der Startbrenner deaktiviert werden.In the present case, a starting burner for heating an afterburner of the fuel cell system, which in turn is provided for heating a reformer of the fuel cell system, is to be understood as the starting burner. In a cold start of the fuel cell system, when the afterburner is still cold and thus is not suitable for heating the reformer of the fuel cell system, can be preheated by the starting burner, the afterburner. Accordingly, the reformer can be indirectly heated during the starting process of the fuel cell system via the afterburner. As soon as the afterburner is at operating temperature due to the operation of the fuel cell system, the starting burner can be deactivated.

Aufgrund des verwendeten Katalysators im Startbrenner kann auf zusätzliche Zündmittel, beispielsweise in Form einer Zündkerze, verzichtet werden. Dadurch können entsprechende Kosten gespart werden. Das Heizmittel ist vorzugsweise direkt am Katalysatoreingang oder im Wesentlichen direkt am Katalysatoreingang angeordnet ist. D.h., zwischen dem Katalysatoreingang und dem Heizmittel befinden sich keine weiteren Funktionsbauteile und kein Zwischenraum oder im Wesentlichen kein Zwischenraum.Due to the catalyst used in the starting burner can be dispensed with additional ignition means, for example in the form of a spark plug. As a result, corresponding costs can be saved. The heating means is preferably arranged directly at the catalyst inlet or substantially directly at the catalyst inlet. That is, between the catalyst inlet and the heating means are no other functional components and no gap or substantially no gap.

Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass das Heizmittel ein elektrisches Heizmittel aufweist. Ein elektrisches Heizmittel kann besonders platzsparend bereitgestellt werden. Außerdem ist ein elektrisches Heizmittel einfach aktivierbar sowie einfach deaktivierbar. Das elektrische Heizmittel kann einen Heizwiderstand aufweisen, der elektrische Energie in thermische Energie umwandeln kann.According to one embodiment of the present invention, it is possible that the heating means comprises an electrical heating means. An electric heating means can be provided in a particularly space-saving manner. In addition, an electric heating medium is easily activated and easily deactivated. The electric heating means may include a heating resistor capable of converting electrical energy into thermal energy.

Ferner ist es bei einem erfindungsgemäßen Startbrenner möglich, dass das Heizmittel plattenförmig oder im Wesentlichen plattenförmig ausgestaltet ist. Dadurch kann das Heizmittel besonders platzsparend am Katalysator angeordnet werden. Das plattenförmige Heizmittel liegt vorzugsweise mit einer seiner beiden großen Seitenflä-chen am Katalysatoreingang an. Vorzugsweise weist das Heizmittel den gleichen oder im Wesentlichen den gleichen Querschnitt wie eine Stirnseite des Katalysatoreingangs auf. D.h., das Heizmittel erstreckt sich bevorzugt zumindest über die gesamte Stirnseite oder im Wesentlichen über die gesamte Stirnseite des Katalysators bzw. des Katalysatoreingangs. Mit anderen Worten, eine der beiden großen Seitenflächen des Heizmittels ist vorzugsweise deckungsgleich oder im Wesentlichen deckungsgleich mit der Stirnseite des Katalysators. Dadurch kann das Betriebsfluid bzw. das Betriebsfluidgemisch möglichst großflächig und trotzdem platzsparend vorgeheizt werden.Furthermore, it is possible in a starting burner according to the invention that the heating means is designed plate-shaped or substantially plate-shaped. As a result, the heating means can be arranged in a particularly space-saving manner on the catalytic converter. The plate-shaped heating means is preferably at one of its two large Seitenflä Chen at the catalyst inlet. Preferably, the heating means has the same or substantially the same cross-section as an end face of the catalyst inlet. That is, the heating means preferably extends at least over the entire end face or substantially over the entire end face of the catalyst or of the catalyst inlet. In other words, one of the two large side surfaces of the heating means is preferably congruent or substantially congruent with the end face of the catalyst. As a result, the operating fluid or the operating fluid mixture can be preheated as large as possible and still space-saving.

Bei einem erfindungsgemäßen Startbrenner ist es weiterhin möglich, dass nur eine Oberseite des plattenförmigen Heizmittels, insbesondere eine dem Katalysatoreingang abgewandte Oberseite des plattenförmigen Heizmittels, direkt heizbar ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass das Betriebsfluidgemisch ausreichend vorgeheizt werden kann, wenn es auf eine geheizte Oberfläche eines plattenförmigen Heizmittels trifft bzw. durch diese hindurch in den Katalysator geleitet wird. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass sich durch das Heizen der einen Oberfläche während des Startvorgangs des Brennstoffzellensystems auch das restliche Heizmittel ausreichend erwärmt. Dadurch, dass nur eine Oberfläche bzw. ein einziger Oberflächenbereich des plattenförmigen Heizmittels direkt heizbar ist, kann bei einem Vorheizen des Betriebsfluidgemisches auch nur dieser Oberflächenbereich direkt geheizt, beispielsweise direkt bestromt, werden. Im Vergleich zu einem Fall, in welchem das gesamte Heizmittel direkt geheizt wird, kann der Startbrenner energiesparender und entsprechend effizienter und kostengünstiger betrieben werden. Ein energiesparender Betrieb ist außerdem insbesondere bei einer mobilen Anwendung des Startbrenners, beispielsweise im Automobilbereich, von Vorteil.In a starting burner according to the invention, it is further possible that only one upper side of the plate-shaped heating means, in particular a top side facing away from the catalyst inlet of the plate-shaped heating means, is directly heatable. In the context of the present invention, it has been found that the operating fluid mixture can be sufficiently preheated when it strikes a heated surface of a plate-shaped heating means or is passed through it into the catalyst. In addition, it has been shown that by heating the one surface during the starting process of the fuel cell system, the remaining heating means also heats up sufficiently. Because only one surface or a single surface area of the plate-shaped heating means can be heated directly, when preheating the operating fluid mixture, only this surface area can be directly heated, for example directly energized. Compared to a case in which the entire heating medium is heated directly, the starting burner can be operated more energy-efficient and therefore more efficient and cost-effective. An energy-saving operation is also particularly in a mobile application of the starting burner, for example in the automotive sector, an advantage.

Von weiterem Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Startbrenner das Heizmittel eine Aktivierungseinheit aufweist, durch welche ein Heizbetrieb des Heizmittels aktivierbar und deaktivierbar ist. Dadurch kann ein sequentielles Betreiben bzw. Hochfahren des Startbrenners ermöglicht werden. Das Heizmittel kann zunächst so lange zum Heizen bzw. Vorheizen des Betriebsfluidgemisches aktiviert sein, bis im Startbrenner bzw. im Katalysator eine definierte Betriebstemperatur erreicht ist. Sobald die definierte Betriebstemperatur erreicht ist, kann das Heizmittel deaktiviert werden. Dadurch kann der Startbrenner mit den bereits vorstehend genannten Vorteilen besonders energiesparend betrieben werden, wodurch die Effizienz des gesamten Brennstoffzellensystems gesteigert werden kann.It may be of further advantage if, in the case of a starting burner according to the invention, the heating means has an activation unit, by means of which a heating operation of the heating means can be activated and deactivated. This allows a sequential operation or start-up of the starting burner are made possible. The heating means may initially be activated for heating or preheating the operating fluid mixture until a defined operating temperature has been reached in the starting burner or in the catalytic converter. Once the defined operating temperature has been reached, the heating medium can be deactivated. As a result, the starting burner with the advantages already mentioned above can be operated particularly energy-saving, whereby the efficiency of the entire fuel cell system can be increased.

Darüber hinaus ist es möglich, dass bei einem erfindungsgemäßen Startbrenner ein Injektor, der zum Einbringen des wenigstens einen zweiten Betriebsfluids in die Mischkammer ausgestaltet ist, stromaufwärts zum Katalysatoreingang in Projektion mittig oder im Wesentlichen mittig zum Heizmittel angeordnet ist. Dadurch kann das zweite Betriebsfluid, welches bevorzugt kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff aufweist, möglichst gleichmäßig auf das Heizmittel aufgetragen werden, wodurch das zweite Betriebsfluid bzw. das Betriebsfluidgemisch effizient erhitzt werden kann. Dies führt wiederum zu einer effizienten Verbrennung im Katalysator. Da Brennstoff, beispielsweise in Form des zweiten Betriebsfluids, durch den Injektor direkt in die Mischkammer stromaufwärts des Katalysators eingebracht wird bzw. werden kann, besteht die Möglichkeit, die Brennstoffzufuhr und entsprechend eine Wärmezufuhr durch den Startbrenner schnell zu unterbinden, indem die Brennstoffzufuhr abgestellt wird. Der Injektor ist zum Einbringen des wenigstens einen zweiten Betriebsfluids in die Mischkammer ausgestaltet, beispielsweise als Düse.In addition, it is possible that in an inventive starting burner, an injector, which is designed for introducing the at least one second operating fluid into the mixing chamber, is arranged upstream of the catalyst inlet in projection centrally or substantially centrally to the heating means. As a result, the second operating fluid, which preferably contains hydrocarbon-containing fuel, can be applied to the heating means as uniformly as possible, as a result of which the second operating fluid or the operating fluid mixture can be heated efficiently. This in turn leads to efficient combustion in the catalyst. Since fuel, for example in the form of the second operating fluid, is introduced through the injector directly into the mixing chamber upstream of the catalyst, it is possible to quickly suppress the fuel supply and corresponding heat supply by the starting burner by the fuel supply is turned off. The injector is designed for introducing the at least one second operating fluid into the mixing chamber, for example as a nozzle.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin möglich, dass der Katalysebereich in einer Durchgangsrichtung vom Katalysatoreingang zum Katalysatorausgang von einer Katalysatorwandung umgeben ist, wobei außerhalb des Katalysators zumindest abschnittsweise entlang der Katalysatorwandung ein Betriebsfluid-Leitabschnitt, zum Zuführen des ersten Betriebsfluids zu dem Katalysatoreingang, ausgestaltet ist. Der Betriebsfluid-Leitabschnitt ist somit zum Leiten des ersten Betriebsfluids außerhalb des Katalysators entlang der Katalysatorwandung in Richtung des Katalysatoreingangs ausgestaltet. Dadurch ist es möglich, dass das erste Betriebsfluid, beispielsweise in Form von Luft, entlang der Katalysatorwandung bzw. entlang eines Außenwandabschnitts der Katalysatorwandung in Richtung des Katalysatoreingangs geleitet werden kann. Dadurch kann ferner eine vorteilhafte thermische Isolationsschicht gebildet werden, durch welche die Umgebung des Katalysators vor der im Katalysator entstehenden Hitze geschützt werden kann. Darüber hinaus kann die an der Katalysatorwandung entlanggeführte Luft durch den Katalysator erwärmt werden. Diese Wärme wird bei dem erfindungsgemäßen Startbrenner in den Katalysator transportiert. Dies führt zu einer effizienten Verbrennung im Katalysator. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich überraschend herausgestellt, dass das Erwärmen des ersten Betriebsfluids bzw. der Luft durch den Katalysator keinen oder kaum einen negativen Effekt auf die Verbrennung im Katalysator hat. D.h., die Vorteile die daraus resultieren, dass dem Katalysator das erwärmte erste Betriebsfluid zugeführt wird, überwiegen eindeutig den möglichen Nachteilen die daraus resultieren könnten, dass der Katalysator durch das vorbeigeleitete erste Betriebsfluid gekühlt wird. Demnach kann der Betriebsfluid-Leitabschnitt im erfindungsgemäßen Startbrenner die vorstehend erwähnte vorteilhafte Doppelfunktion erfüllen.In the context of the present invention, it is furthermore possible for the catalytic region to be surrounded by a catalyst wall in a passage direction from the catalyst inlet to the catalyst outlet, an operating fluid guide section for supplying the first operating fluid to the catalyst inlet being configured outside the catalyst at least in sections along the catalyst wall is. The operating fluid guide section is thus designed to conduct the first operating fluid outside the catalyst along the catalyst wall in the direction of the catalyst inlet. This makes it possible for the first operating fluid, for example in the form of air, to be conducted along the catalyst wall or along an outer wall section of the catalyst wall in the direction of the catalyst inlet. As a result, an advantageous thermal insulation layer can also be formed by which the environment of the catalyst can be protected from the heat generated in the catalyst. In addition, the air conducted along the catalyst wall can be heated by the catalyst. This heat is transported in the starting burner according to the invention in the catalyst. This leads to efficient combustion in the catalyst. In the context of the present invention has surprisingly been found that the heating of the first operating fluid or the air through the catalyst has little or no negative effect on the combustion in the catalyst. That is, the benefits that result from providing the heated first operating fluid to the catalyst clearly outweigh the potential disadvantages that could result from the catalyst being cooled by the bypassed first operating fluid. Accordingly, the operating fluid guide portion in the start burner of the present invention can perform the above-mentioned advantageous dual function.

Bei einem erfindungsgemäßen Startbrenner ist es weiterhin möglich, dass der Be-triebsfluid-Leitabschnitt entlang der Katalysatorwandung eine Leitrichtung für das Betriebsfluid vorgibt, wobei die Leitrichtung zumindest abschnittsweise parallel oder im spitzen Winkel und entgegengesetzt zur Durchgangsrichtung verläuft. D.h., der Betriebsfluid-Leitabschnitt ist zum Leiten des ersten Betriebsfluids entlang und/oder neben der Katalysatorwandung und in Richtung des Katalysatoreingangs ausgestaltet. Dies ermöglicht ein effizientes Aufwärmen bzw. Vorheizen des Betriebsfluids bei kompakter Bauweise des Startbrenners, insbesondere in dem Fall, dass die Leitrichtung parallel oder im Wesentlichen parallel zur Durchgangsrichtung verläuft. Der Betriebsfluid-Leitabschnitt gibt die Leitrichtung für das erste Betriebsfluid bevorzugt entlang eines Außenwandabschnitts der Katalysatorwandung vor. Der Betriebsfluid-Leitabschnitt ist vorzugsweise zumindest von einem Bereich am Katalysatorausgang bis zu einem Bereich am Katalysatoreingang entlang der Katalysatorwandung ausgestaltet. D.h., der Betriebsfluid-Leitabschnitt ist derart entlang der Katalysatorwandung ausgestaltet, dass das erste Betriebsfluid im Bereich des Katalysatorausgangs an die Katalysatorwandung bzw. einen Außenwandabschnitt der Katalysatorwandung und von dort aus an der Katalysatorwandung entlang oder neben dieser in Richtung des Katalysatoreingangs leitbar ist. Demnach gibt der Betriebsfluid-Leitabschnitt für das erste Betriebsfluid eine Leitrichtung vor, die außerhalb des Katalysators und entlang der Katalysatorwandung entgegengesetzt oder zumindest im Wesentlichen oder teilweise entgegengesetzt zur Durchgangsrichtung, insbesondere von dem Bereich am Katalysatorausgang zu dem Bereich am Katalysatoreingang, verläuft.In the case of a starting burner according to the invention, it is furthermore possible that the operating fluid guide section defines a direction of conduction for the operating fluid along the catalyst wall, the guiding direction extending at least in sections parallel or at an acute angle and opposite to the passage direction. That is, the operating fluid guide section is configured to direct the first operating fluid along and / or adjacent to the catalyst wall and toward the catalyst inlet. This allows an efficient warming or preheating of the operating fluid in a compact design of the starting burner, in particular in the case that the guide direction is parallel or substantially parallel to the passage direction. The operating fluid guide portion preferably defines the direction of conduction for the first operating fluid along an outer wall portion of the catalyst wall. The operating fluid guide section is preferably configured at least from a region at the catalyst outlet to a region at the catalyst inlet along the catalyst wall. In other words, the operating fluid guide section is designed along the catalyst wall in such a way that the first operating fluid can be conducted in the area of the catalyst outlet to the catalyst wall or an outer wall section of the catalyst wall and from there along the catalyst wall or in the direction of the catalyst inlet. Accordingly, the operating fluid guide portion for the first operating fluid is a direction that runs out of the catalyst and along the catalyst wall opposite or at least substantially or partially opposite to the passage direction, in particular from the area at the catalyst outlet to the area at the catalyst inlet.

Von weiterem Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Startbrenner die Katalysatorwandung zumindest abschnittsweise in Form eines Hohlzylinders ausgestaltet ist und der Betriebsfluid-Leitabschnitt wenigstens teilweise ringförmig, zumindest abschnittsweise um die Katalysatorwandung herum, ausgestaltet ist. Durch die ringförmige Ausgestaltung des Betriebsfluid-Leitabschnitts um die Katalysatorwandung herum kann, sobald das erste Betriebsfluid durch den Betriebsfluid-Leitabschnitt geleitet wird, eine Wärmeentwicklung im Katalysator wirkungsvoll von der Umgebung des Katalysators abgeschirmt werden. Außerdem kann durch die ringförmige Ausgestaltung des Betriebsfluid-Leitabschnitts ein großer Kontaktbereich bzw. eine große Kontaktfläche zwischen dem Betriebsfluid-Leitabschnitt und der Katalysatorwandung bereitgestellt werden. Dadurch kann das erste Betriebsfluid über eine entsprechend große Fläche erwärmt werden, wenn es in Richtung des Katalysatoreingangs geleitet wird. Dadurch ist ein effektives Vorheizen des Betriebsfluids möglich. Der Katalysator und der Betriebsfluid-Leitabschnitt sind sozusagen zumindest abschnittsweise konzentrisch oder im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet. Die Ringform ist im Vorliegenden nicht auf eine kreisrunde Ringform beschränkt. So kann der Betriebsfluid-Leitabschnitt auch elliptisch oder eckig ringförmig um die Katalysatorwandung bzw. zumindest teilweise um die Katalysatorwandung herum ausgestaltet sein. Unter der teilweise ringförmigen Ausgestaltung kann eine U- oder C-förmige Ausgestaltung des Betriebsfluid-Leitabschnitts verstanden werden.It may be of further advantage if, in a starting burner according to the invention, the catalyst wall is configured at least in sections in the form of a hollow cylinder and the operating fluid guide section is at least partially annular, at least in sections around the catalyst wall. As a result of the annular configuration of the operating fluid guide section around the catalyst wall, as soon as the first operating fluid is passed through the operating fluid guide section, heat buildup in the catalyst can be effectively shielded from the environment of the catalyst. In addition, the annular configuration of the operating fluid guide section can provide a large contact area or area between the operating fluid guide section and the catalyst wall. Thereby, the first operating fluid can be heated over a correspondingly large area, when it is conducted in the direction of the catalyst inlet. As a result, an effective preheating of the operating fluid is possible. The catalyst and the operating fluid guide section are, so to speak, at least partially concentric or substantially concentric with each other. The ring shape is not limited to a circular ring shape in the present. Thus, the operating fluid guide section can also be designed in an elliptical or angular ring-shaped manner around the catalyst wall or at least partially around the catalyst wall. Under the partially annular configuration, a U- or C-shaped configuration of the operating fluid-conducting section can be understood.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es außerdem möglich, dass bei einem Startbrenner die Mischkammer einen Umlenkabschnitt, zum Umlenken einer Strömungsrichtung des ersten Betriebsfluids von der Leitrichtung in die Durchgangsrichtung, aufweist. Durch den Umlenkabschnitt kann das erste Betriebsfluid in einem Bereich zwischen 150° und 210°, bevorzugt um 180° oder im Wesentlichen um 180°, von der Leitrichtung in die Durchgangsrichtung umgelenkt werden. Durch den Umlenkabschnitt kann das erste Betriebsfluid vorteilhaft in Richtung des Katalysatoreingangs geleitet werden. Der Umlenkabschnitt weist vorzugsweise einen Kurvenabschnitt bzw. einen sphärischen Abschnitt auf, durch welchen das erste Betriebsfluid möglichst reibungsarm in Richtung des Katalysatoreingangs umlenkbar ist.According to the present invention, it is also possible that in a starting burner, the mixing chamber has a deflecting portion for deflecting a flow direction of the first operating fluid from the guiding direction in the passage direction. By the deflection section, the first operating fluid in a range between 150 ° and 210 °, preferably by 180 ° or substantially by 180 °, are deflected from the direction in the passage direction. By the deflection, the first operating fluid can be advantageously directed in the direction of the catalyst inlet. The deflection section preferably has a curved section or a spherical section through which the first operating fluid can be deflected with as little friction as possible in the direction of the catalyst inlet.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Brennstoffzellensystem mit einem wie vorstehend im Detail dargestellten Startbrenner zur Verfügung gestellt. Das Brennstoffzellensystem weist einen Nachbrenner und einen Reformer auf, wobei der Nachbrenner zum Erwärmen des Reformers und der Startbrenner zum Erwärmen des Nachbrenners angeordnet und ausgestaltet sind. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Startbrenner beschrieben worden sind. Das Brennstoffzellensystem ist bevorzugt ein SOFC-System (SOFC steht für „solid oxide fuel cell“, bzw. Festoxidbrennstoffzelle). Der Reformer ist bevorzugt zum Reformieren eines Brennstoffgemischs, beispielsweise Methan und Wasser, in ein anderes Brennstoffgemisch, in diesem Fall Wasserstoff und Kohlendioxid, ausgestaltet. Der reformierte Wasserstoff kann in einem Brennstoffzellenstapel zur Stromerzeugung verwendet werden. Der Nachbrenner ist zum Erwärmen des Reformers mittels Anodenabgas vom Brennstoffzellenstapel ausgestaltet. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass ein Betriebs-fluid-Zuführabschnitt, durch welchen dem Betriebsfluid-Leitabschnitt beispielsweise Luft zugeführt wird, zumindest abschnittsweise entlang eines Außenwandabschnitts des Betriebsfluid-Zuführabschnitts angeordnet ist. Dadurch ist es auf platzsparende Weise möglich, dass das zugeführte Betriebsfluid bereits im Betriebsfluid-Zuführabschnitt vorgewärmt wird. Außerdem kann dadurch ein weiterer thermischer Isolationsabschnitt zur thermischen Abschirmung des Startbrenners geschaffen werden. Zum Erwärmen des Reformers ist der Nachbrenner bevorzugt zumindest abschnittsweise ringförmig um den Reformer herum angeordnet.According to another aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system having a starting burner as described in detail above. The fuel cell system has an afterburner and a reformer, wherein the afterburner for heating the reformer and the starting burner for heating the afterburner are arranged and configured. Thus, a fuel cell system according to the invention brings about the same advantages as have been described in detail with reference to the starting burner according to the invention. The fuel cell system is preferably an SOFC system (SOFC stands for solid oxide fuel cell or solid oxide fuel cell). The reformer is preferably configured for reforming a fuel mixture, for example methane and water, into another fuel mixture, in this case hydrogen and carbon dioxide. The reformed hydrogen can be used in a fuel cell stack for power generation. The afterburner is designed to heat the reformer by means of anode exhaust gas from the fuel cell stack. In an advantageous development of the present invention, it is possible that an operating fluid supply section through which, for example, air is supplied to the operating fluid guide section is arranged at least in sections along an outer wall section of the operating fluid supply section. This makes it possible in a space-saving manner that the supplied operating fluid is already preheated in the operating fluid supply section. In addition, it can be created by a further thermal insulation portion for thermal shielding of the starting burner. For heating the reformer, the afterburner is preferably at least partially annularly arranged around the reformer.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen eines Betriebsfluidgemisches in einem wie vorstehend beschriebenen Brennstoffzellensystem. Erfindungsgemäß wird das Betriebsfluidgemisch von der Mischkammer auf das Heizmittel und von dort in den Katalysator geleitet. Damit bringt auch ein erfindungsgemäßes Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie vorstehend ausführlich mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Startbrenner sowie das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem beschrieben worden sind.Another aspect of the present invention relates to a method of heating an operating fluid mixture in a fuel cell system as described above. According to the invention, the operating fluid mixture is passed from the mixing chamber to the heating means and from there into the catalyst. Thus, a method according to the invention also brings about the same advantages as have been described in detail above with reference to the starting burner according to the invention and the fuel cell system according to the invention.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es ferner möglich, dass das erste Betriebsfluid durch den Betriebsfluid-Leitabschnitt außerhalb des Katalysators zumindest abschnittsweise entlang der Katalysatorwandung, insbesondere über die gesamte Länge der Katalysatorwandung, in Richtung des Katalysatoreingangs geleitet wird. Dadurch kann das erste Betriebsfluid bereits vor dem Passieren des Heizmittels wirkungsvoll vorgeheizt werden. Hierbei wird das erste Betriebsfluid durch den Be-triebsfluid-Leitabschnitt vorzugsweise außerhalb des Katalysators zumindest abschnittsweise entlang der Katalysatorwandung entgegengesetzt der Durchgangsrichtung zu dem Heizmittel, das sich stromaufwärts des Katalysatoreingangs, insbesondere direkt oder im Wesentlichen direkt am Katalysatoreingang befindet, und anschließend durch das Heizmittel hindurch in den Katalysebereich geleitet. Hierbei ist ein sequentielles Betreiben bzw. Hochfahren des Startbrenners möglich. So kann das Heizmittel zunächst so lange zum Heizen bzw. Vorheizen des Betriebsfluids bzw. der Betriebsfluidmischung aktiviert sein, bis im Startbrenner bzw. im Katalysator eine definierte Betriebstemperatur erreicht ist. Sobald die definierte Betriebstemperatur erreicht ist, kann das Heizmittel deaktiviert werden.In the context of the present invention, it is further possible for the first operating fluid to be conducted through the operating fluid guide section outside the catalyst at least in sections along the catalyst wall, in particular over the entire length of the catalyst wall, in the direction of the catalyst inlet. As a result, the first operating fluid can be preheated effectively even before passing through the heating means. In this case, the first operating fluid through the operating fluid guide section is preferably outside the catalyst at least in sections along the catalyst wall opposite the passage direction to the heating means, which is upstream of the catalyst inlet, in particular directly or substantially directly at the catalyst inlet, and then through the heating means directed into the catalysis area. Here, a sequential operation or start-up of the starting burner is possible. Thus, the heating means may initially be activated for heating or preheating the operating fluid or the operating fluid mixture until a defined operating temperature has been reached in the starting burner or in the catalytic converter. Once the defined operating temperature has been reached, the heating medium can be deactivated.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ist es außerdem möglich, dass das Heizmittel mit einem Temperatursensor zum Ermitteln einer Temperatur im Brennstoffzellensystem, insbesondere in einem Nachbrenner des Brennstoffzellensystems, in Kommunikationsverbindung steht, wobei ein Heizbetrieb des Heizmittels abhängig von einer definierten Temperatur, die durch den Temperatursensor im Brennstoffzellensystem bzw. im Nachbrenner ermittelt wird, aktiviert oder deaktiviert wird. Demnach wird das Heizmittel nur dann aktiviert, wenn es erforderlich ist. Dadurch kann der Startbrenner besonders energieeffizient betrieben werden.In a method according to the invention, it is also possible that the heating means in communication with a temperature sensor for determining a temperature in the fuel cell system, in particular in an afterburner of the fuel cell system, wherein a heating operation of the heating means depending on a defined temperature, by the temperature sensor in the fuel cell system or in the afterburner, is activated or deactivated. Thus, the heating means is activated only when it is required. As a result, the starting burner can be operated in a particularly energy-efficient manner.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.Further, measures improving the invention will become apparent from the following description of various embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. All of the claims, description or drawing resulting features and / or advantages, including structural details and spatial arrangements may be essential to the invention both in itself and in the various combinations.

Es zeigen jeweils schematisch:Each show schematically:

Figur 1 ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Brennstoffzellensystems gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform,FIG. 1 is a block diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention;

Figur 2 eine Zusammenschau mit einem Startbrenner gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, einem Reformer und einem Nachbrenner zum Erläutern einer möglichen Funktionsweise des Startbrenners,FIG. 2 shows an overview of a starting burner according to a first embodiment of the present invention, a reformer and an afterburner for explaining a possible functioning of the starting burner,

Figur 3 einen Startbrenner gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,FIG. 3 shows a starting burner according to the first embodiment of the present invention,

Figur 4 einen Startbrenner gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und4 shows a starting burner according to a second embodiment of the present invention, and

Figur 5 einen Katalysator mit Fluidführungselementen und einem Heizmittel gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.Figure 5 shows a catalyst with fluid guiding elements and a heating means according to an embodiment of the invention.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 5 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and mode of operation are each provided with the same reference numerals in FIGS.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Brennstoffzellensystems 1000 mit einem Startbrenner 100a. Das Brennstoffzellensystem 1000 weist ferner einen Nachbrenner 200 sowie einen Reformer 300 auf. Der Nachbrenner 200 ist zum Erwärmen des Reformers 200 ringförmig um den Reformer 300 herum angeordnet. Der Startbrenner 100a ist zum Erwärmen des Nachbrenners 200 und somit zum indirekten Erwärmen des Reformers 300 angeordnet und ausgestaltet. Demnach befindet sich der Startbrenner 100a stromaufwärts des Nachbrenners 200.1 is a block diagram illustrating a fuel cell system 1000 having a starting burner 100a. The fuel cell system 1000 further includes an afterburner 200 and a reformer 300. The afterburner 200 is disposed annularly around the reformer 300 to heat the reformer 200. The starting burner 100a is arranged and configured to heat the afterburner 200 and thus to indirectly heat the reformer 300. Accordingly, the starting burner 100a is located upstream of the afterburner 200.

In Fig. 1 sind der Startbrenner 100a und der Nachbrenner 200 getrennt voneinander dargestellt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, dass der Startbrenner 100a als integrale Einheit das Nachbrenners 200 ausgestaltet ist. Dadurch kann das Brennstoffzellensystem 1000 noch kompakter ausgestaltet werden. Das Brennstoffzellensystem 1000 gemäß Fig. 1 ist als SOFC-System ausgestaltet.In Fig. 1, the starting burner 100a and the afterburner 200 are shown separated from each other. In the context of the present invention, it is also possible that the starting burner 100a is designed as an integral unit of the afterburner 200. As a result, the fuel cell system 1000 can be made even more compact. The fuel cell system 1000 according to FIG. 1 is designed as an SOFC system.

Stromabwärts des Reformers 300 ist ein Brennstoffzellenstapel 400 mit einem Anodenbereich 410 und einem Kathoden bereich 420 angeordnet. Ein Brennstoffgemisch, das durch den Reformer 300 erzeugt wird, wird zum Anodenbereich 410 geleitet. Anodenabgas wird in den Nachbrenner 200 geleitet, wo mittels einer Verbrennung des Anodenabgases der Reformer 300 erwärmt werden kann. Für die Verbrennung im Nachbrenner 200 weist dieser einen Nachbrennerkatalysator 230 (siehe Fig. 2) in Form eines Oxydationskatalysators auf. Das verbrannte Anodenabgas wird vom Nachbrenner 200 zu einem Wärmetauscher 500 geleitet. Von dort wird das Abgas über einen Verdampfer 600 in die Umgebung des Brennstoffzellensystems 1000 geführt. Über den Wärmetauscher 500 wird dem Kathodenbereich 420 erwärmte Luft zugeführt. Kathodenabgas wird ebenfalls dem Nachbrenner 200 zugeführt.Downstream of the reformer 300, a fuel cell stack 400 having an anode region 410 and a cathode region 420 is arranged. A fuel mixture produced by the reformer 300 is directed to the anode region 410. Anode exhaust gas is passed into the afterburner 200, where by means of combustion of the anode exhaust gas, the reformer 300 can be heated. For the combustion in the afterburner 200, this has an afterburner catalyst 230 (see FIG. 2) in the form of an oxidation catalyst. The burned anode exhaust gas is passed from the afterburner 200 to a heat exchanger 500. From there, the exhaust gas is conducted via an evaporator 600 into the environment of the fuel cell system 1000. Via the heat exchanger 500, heated air is supplied to the cathode region 420. Cathode exhaust gas is also supplied to the afterburner 200.

Der Startbrenner 100a, der Nachbrenner 200, der Reformer 300 und der Verdampfer 600 befinden sich in dem Brennstoffzellensystem 1000 in einer sogenannten Heiz-bzw. Hotbox 700, in welcher ein kompakter Wärmetransport zwischen den jeweiligen Bauteilen ermöglicht werden kann. Die zusammenhängenden Funktionen von Startbrenner 100a, Nachbrenner 200 und Reformer 300 werden später mit Bezug auf Fig. 2 im Detail beschrieben.The starting burner 100a, the afterburner 200, the reformer 300 and the evaporator 600 are located in the fuel cell system 1000 in a so-called heating or cooling system. Hotbox 700, in which a compact heat transfer between the respective components can be made possible. The related functions of starting burner 100a, afterburner 200 and reformer 300 will be described in detail later with reference to FIG.

Fig. 2 zeigt eine Zusammenschau mit einem Startbrenner 100a gemäß einer ersten Ausführungsform, der stromaufwärts eines Nachbrenners 200 angeordnet ist, wobei der Nachbrenner 200 ringförmig um einen Reformer 300 angeordnet ist. Der Nachbrenner 200 weist einen Nachbrennereingang 210 und einen Nachbrennerausgang 220 auf. Außerdem weist der Nachbrenner 200 einen Nachbrennerkatalysator 230 auf, der im vorliegenden Fall ringförmig ausgestaltet ist. Der Reformer 300 weist einen Reformereingang 310 und einen Reformerausgang 320 auf. Der Reformer 300 weist ferner einen Reformerkatalysator 330 auf.2 shows a synopsis with a starting burner 100 a according to a first embodiment, which is arranged upstream of an afterburner 200, wherein the afterburner 200 is arranged in a ring around a reformer 300. The afterburner 200 has an afterburner inlet 210 and an afterburner outlet 220. In addition, the afterburner 200 has an afterburner catalyst 230, which is designed in the present case annular. The reformer 300 has a reformer input 310 and a reformer output 320. The reformer 300 further includes a reforming catalyst 330.

Der in Fig. 3 dargestellte Startbrenner 100a weist einen Katalysator 10 auf. Außerdem weißt der Startbrenner 100a eine Mischkammer 80 auf, in welcher ein Betriebsfluidgemisch durch Vermischen eines ersten Betriebsfluids F1 mit einem zweiten Betriebsfluid F2 erzeugbar ist. Stromaufwärts des Katalysators 10 und stromabwärts der Mischkammer 80 ist ein aktivierbares und deaktivierbares Heizmittel 40 in Form einer elektrischen Heizplatte mit einer heizbaren Oberfläche zum Erwärmen des Betriebsfluidgemisches angeordnet.The starting burner 100a shown in FIG. 3 has a catalytic converter 10. In addition, the starting burner 100a has a mixing chamber 80 in which an operating fluid mixture can be generated by mixing a first operating fluid F1 with a second operating fluid F2. Upstream of the catalyst 10 and downstream of the mixing chamber 80, an activatable and deactivatable heating means 40 in the form of an electric heating plate with a heatable surface for heating the operating fluid mixture is arranged.

Der Startbrenner 100a weist ferner einen Injektor 50 auf, der zum Einbringen des zweiten Betriebsfluids F2 in die Mischkammer 80 ausgestaltet ist. Der Injektor 50 ist axial stromaufwärts zum Katalysator 10 in Projektion mittig zum Heizmittel 40 angeordnet.The starting burner 100a further has an injector 50, which is designed for introducing the second operating fluid F2 into the mixing chamber 80. The injector 50 is disposed axially upstream of the catalyst 10 in projection central to the heating means 40.

Bei einem Start des Brennstoffzellensystems 1000 wird über einen Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 das erste Betriebsfluid F1 in Form von Luft in die Mischkammer 80 geführt. Außerdem wird durch den Injektor 50 das zweite Betriebsfluid F2 in Form eines Brennstoffs in die Mischkammer 80 gespritzt. Das Betriebsfluidgemisch wird durch das Heizmittel 40 erwärmt und entsprechend vorgeheizt in den Katalysator 10 weitergeleitet. Dort wird das Betriebsfluidgemisch zumindest teilweise verbrannt.At a start of the fuel cell system 1000, the first operating fluid F1 is guided in the form of air into the mixing chamber 80 via an operating fluid guide section 20. In addition, the injector 50 injects the second operating fluid F2 in the form of a fuel into the mixing chamber 80. The operating fluid mixture is heated by the heating means 40 and forwarded accordingly preheated in the catalyst 10. There, the operating fluid mixture is at least partially burned.

Verbranntes Fluid wird vom Katalysator 10 bzw. vom Startbrenner 100a in den Nachbrenner 200 geleitet. Dort kann es den Reformer 300 erwärmen.Burnt fluid is passed from the catalyst 10 and the start burner 100a in the afterburner 200. There it can heat the reformer 300.

Dem Reformer 300 wird über den Reformereingang 310 ein Brennstoffgemisch vom Verdampfer 600 zugeführt. Mittels des Reformerkatalysators 330 kann das Brennstoffgemisch, wie vorstehend beschrieben, in ein geeignetes Anoden-Zuführgas, beispielsweise Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid, umgewandelt werden. Das Anoden-Zuführgas wird dem Anodenbereich 410 des Brennstoffzellenstapels 400 über den Reformerausgang 320 zugeführt. Nach einer chemischen Reaktion im Brennstoffzellenstapel 400 wird dem Nachbrenner 200 über den Nachbrennereingang 210 Anoden-Abgas sowie Kathoden-Abgas zugeführt, welches im Nachbrenner 200 mittels des Nachbrennerkatalysators 230 verbrannt wird. Durch diese Verbrennung kann der Reformer 300 ebenfalls erwärmt werden. Die erhitzten Fluide bzw. Abgase des Brennstoffzellenstapels 400 werden, wie in Fig. 2 dargestellt, zusammen mit dem verbrannten Fluid aus dem Startbrenner 100a in den Nachbrenner 200 geführt. Hierzu ist zwischen dem Startbrenner 100a und dem Nachbrenner 200 ein geeigneter Fluid-Verbindungsabschnitt 800 ausgestaltet. Sobald der Reformer 300 eine definierte Betriebstemperatur erreicht hat, kann der Startbrenner 100a deaktiviert werden, d.h., in den Startbrenner 100a werden in diesem Fall kein Brennstoff und keine Luft mehr eingeleitet.The reformer 300 is fed via the reformer input 310, a fuel mixture from the evaporator 600. By means of the reforming catalyst 330, the fuel mixture, as described above, can be converted into a suitable anode feed gas, for example hydrogen and carbon monoxide. The anode supply gas is supplied to the anode region 410 of the fuel cell stack 400 via the reformer output 320. After a chemical reaction in the fuel cell stack 400, the afterburner 200 is supplied via the afterburner inlet 210 with anode waste gas and cathode waste gas, which is burned in the afterburner 200 by means of the afterburner catalyst 230. By this combustion, the reformer 300 may also be heated. The heated fluids or exhaust gases of the fuel cell stack 400 are, as shown in FIG. 2, guided together with the burnt fluid from the starting burner 100 a into the afterburner 200. For this purpose, a suitable fluid connection section 800 is configured between the starting burner 100a and the afterburner 200. Once the reformer 300 has reached a defined operating temperature, the starting burner 100a may be deactivated, i.e. in the starting burner 100a no fuel and no air are introduced in this case.

Das Heizmittel 40 steht mit einem Temperatursensor 240, der im Nachbrenner 200 angeordnet ist, in Kommunikationsverbindung. Ein Heizbetrieb des Heizmittels 40 kann deshalb abhängig von einer definierten Temperatur, die durch den Temperatursensor 240 ermittelt wird, aktiviert oder deaktiviert werden.The heating means 40 communicates with a temperature sensor 240, which is arranged in the afterburner 200 in communication. A heating operation of the heating means 40 can therefore be activated or deactivated depending on a defined temperature, which is determined by the temperature sensor 240.

In Fig. 3 ist ein Startbrenner 100a für das in Fig. 1 dargestellte Brennstoffzellensystem 1000 gemäß der ersten Ausführungsform im Detail dargestellt. Der Startbrenner 100a weist einen Katalysator 10 mit einem Katalysatoreingang 11 und einem Katalysatorausgang 12 auf, wobei zwischen dem Katalysatoreingang 11 und dem Katalysatorausgang 12 ein Katalysebereich 13 ausgestaltet ist. Der Katalysebereich 13 ist in einer Durchgangsrichtung D vom Katalysatoreingang 11 zum Katalysatorausgang 12 von einer Katalysatorwandung 14 umgeben.3, a start burner 100a for the fuel cell system 1000 shown in FIG. 1 according to the first embodiment is shown in detail. The starting burner 100a has a catalyst 10 with a catalyst inlet 11 and a catalyst outlet 12, wherein a catalytic region 13 is configured between the catalyst inlet 11 and the catalyst outlet 12. The catalytic region 13 is surrounded by a catalyst wall 14 in a passage direction D from the catalyst inlet 11 to the catalyst outlet 12.

Der Startbrenner 100a weist ferner einen Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 zum Zuführen eines ersten Betriebsfluids F1, gemäß Fig. 3 in Form von Luft, zu dem Katalysatoreingang 11 auf. Der Betriebsfluid-Leitabschnitt ist 20 außerhalb des Katalysators 10 entlang der Katalysatorwandung 14 angeordnet. Genauer gesagt ist der Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 unter anderem von einem Bereich am Katalysatorausgang 12 bis zu einem Bereich am Katalysatoreingang 11 entlang der Katalysatorwandung 14 angeordnet und ausgestaltet.The starting burner 100a further comprises an operating fluid guide section 20 for supplying a first operating fluid F1, as shown in FIG. 3 in the form of air, to the catalyst inlet 11. The operating fluid guide portion 20 is disposed outside the catalyst 10 along the catalyst wall 14. More specifically, the operating fluid guide section 20 is arranged and configured, inter alia, from an area on the catalyst outlet 12 to a region on the catalyst inlet 11 along the catalyst wall 14.

Der Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 gibt entlang der Katalysatorwandung 14 eine Leitrichtung R für das Betriebsfluid vor, wobei die Leitrichtung R parallel und entgegengesetzt zur Durchgangsrichtung D verläuft. Die Katalysatorwandung 14 ist in Form eines Hohlzylinders, genauer gesagt in Form eines gestuften Holzylinders ausgestaltet. Der Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 ist ringförmig um die Katalysatorwandung 14 herum ausgestaltet.The operating fluid guide portion 20 defines along the catalyst wall 14 a direction of operation R for the operating fluid, the direction R being parallel and opposite to the passage direction D. The catalyst wall 14 is designed in the form of a hollow cylinder, more precisely in the form of a stepped wooden cylinder. The operating fluid guide section 20 is configured annularly around the catalyst wall 14.

Gemäß der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist der Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 abschnittsweise direkt an der Katalysatorwandung 14 angeordnet. Genauer gesagt ist die Katalysatorwandung 14 in der dargestellten Ausführungsform als Trennwand zwischen dem Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 und dem Katalysebereich 13 ausgestaltet. Fig. 3 kann grundsätzlich auch dahingehend verstanden werden, dass ein Außenwandabschnitt der Katalysatorwandung 14 einen Teil des Betriebsfluid-Leitabschnitts 20 bildet.According to the embodiment shown in FIG. 3, the operating fluid guide section 20 is arranged in sections directly on the catalyst wall 14. More specifically, in the illustrated embodiment, the catalyst wall 14 is configured as a partition between the operating fluid guide section 20 and the catalytic section 13. In principle, FIG. 3 can also be understood as meaning that an outer wall section of the catalyst wall 14 forms part of the operating fluid guide section 20.

Wie ferner in Fig. 3 dargestellt, ist in einer Betriebsfluid-Strömungsrichtung zwischen einem Endabschnitt des Betriebsfluid-Leitabschnitts 20 und dem Katalysatoreingang 11 ein perforierter Trennabschnitt 60 angeordnet, durch welchen das erste Betriebsfluid F1 vom Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 in Richtung des Katalysators 10 leitbar ist. Der perforierte Trennabschnitt 60 ist trichterförmig ausgestaltet. Perforiert bedeutet hier, dass der Trennabschnitt 60 mit Ausnehmungen ausgeführt ist, die z.B. regelmäßig in Form von Löchern oder Schlitzen oder anders geartet, auch in verschiedenen Kombinationen unterschiedlicher Varianten, realisiert sind.As further shown in FIG. 3, in an operation fluid flow direction between an end portion of the operation fluid guide portion 20 and the catalyst inlet 11, there is provided a perforated separation portion 60 through which the first operation fluid F1 can be conducted from the operation fluid guide portion 20 toward the catalyst 10 , The perforated separating section 60 is funnel-shaped. Perforated here means that the separating portion 60 is formed with recesses, e.g. regularly realized in the form of holes or slots or of a different kind, even in different combinations of different variants.

Außerdem ist in Fig. 3 dargestellt, dass der perforierte Trennabschnitt 60 an eine Stirnseite der Katalysatorwandung 14 angrenzt, wobei die Katalysatorwandung 14 in einem Bereich des Katalysatoreingangs 11 einen größeren Querschnitt bzw. einen größeren Querschnittdurchmesser als der Katalysebereich 13 aufweist und sich die Katalysatorwandung 14 von diesem Bereich in Durchgangsrichtung D über einen Teil des Katalysebereichs 13 beabstandet zum Katalysebereich 13 erstreckt. Zwischen einem Innenwandabschnitt der Katalysatorwandung 14 und dem Katalysebereich 13 befindet sich demnach ein Freiraum. Der Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 sowie der perforierte Trennabschnitt 60 sind als monolithischer Bestandteil eines Gehäusekörpers 70 des Startbrenners 100a ausgestaltet.In addition, it is shown in FIG. 3 that the perforated separating section 60 adjoins an end face of the catalyst wall 14, wherein the catalyst wall 14 has a larger cross-section or a larger cross-sectional diameter than the catalytic region 13 in a region of the catalyst inlet 11 and the catalyst wall 14 of FIG this region extends in the passage direction D over a part of the catalytic region 13 at a distance from the catalytic region 13. Between an inner wall portion of the catalyst wall 14 and the catalytic region 13 is therefore a free space. The operating fluid conducting portion 20 and the perforated separating portion 60 are configured as a monolithic constituent of a casing body 70 of the starting burner 100a.

Der dargestellte Startbrenner 100a weist einen Injektor 50 zum Einspritzen eines zweiten Betriebsfluids F2, vorliegend Methan oder ein methanhaltiges Betriebsfluid, Ethanol oder eine Ethanolmischung in eine Mischkammer 80 des Startbrenners 100a stromaufwärts des Katalysatoreingangs 11 auf. In der Mischkammer 80 kann das erste Betriebsfluid F1 mit dem zweiten Betriebsfluid F2 vermischt werden. Der perforierte Trennabschnitt 60, der die Mischkammer 80 umgibt oder im Wesentlichen umgibt, ist in Form eines Einspritztrichters des zweiten Betriebsfluids F2 bzw. etwas größer als dieser ausgestaltet. Der trichterförmige Trennabschnitt 60 ist koaxial zum Injektor 50 bzw. einer Einspritzdüse des Injektors 50 ausgestaltet. Hierbei sei zu erwähnen, dass es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich ist, an Stelle des ersten Betriebsfluids F1 das zweite Betriebsfluid F2 und an Stelle des zweiten Betriebsfluids F2 das erste Betriebsfluid F1 durch die entsprechenden Leitabschnitte zu führen.The starting burner 100 a illustrated has an injector 50 for injecting a second operating fluid F 2, in the present case methane or a methane-containing operating fluid, ethanol or an ethanol mixture into a mixing chamber 80 of the starting burner 100 a upstream of the catalyst inlet 11. In the mixing chamber 80, the first operating fluid F1 may be mixed with the second operating fluid F2. The perforated separating section 60, which surrounds or substantially surrounds the mixing chamber 80, is designed in the form of an injection funnel of the second operating fluid F2 or slightly larger than the latter. The funnel-shaped separating section 60 is configured coaxially with the injector 50 or with an injection nozzle of the injector 50. It should be noted that it is also possible in the context of the present invention, instead of the first operating fluid F1, to guide the second operating fluid F2 and instead of the second operating fluid F2 the first operating fluid F1 through the corresponding guide sections.

Die Mischkammer 80 weist einen Umlenkabschnitt 81a zum Umlenken einer Strömungsrichtung des ersten Betriebsfluids F1 von der Leitrichtung R in die Durchgangsrichtung D auf. Der Umlenkabschnitt 81a überlappt sich gemäß Fig. 3 teilweise mit der Mischkammer 80.The mixing chamber 80 has a deflecting portion 81 a for deflecting a flow direction of the first operating fluid F1 from the direction R into the passage direction D. The deflecting section 81a partially overlaps with the mixing chamber 80 as shown in FIG.

Der Startbrenner 100a gemäß Fig. 3 weist stromaufwärts des Katalysatoreingangs 11 und stromabwärts der Mischkammer 80 ein Heizmittel 40 in Form eines plattenförmigen, elektrischen Heizmittels 40 zum Erwärmen einer Betriebsfluidmischung, die aus dem ersten Betriebsfluid F1 und dem zweiten Betriebsfluid F2 besteht, auf. Das Heizmittel 40 weist, wie der Katalysator 10, einen runden Querschnitt auf und ist direkt am Katalysatoreingang 11 angeordnet. Das Heizmittel 40 ist zum Heizen des Fluidgemisches aktivierbar. Für den Fall, dass das Vorheizen des Fluidgemisches nicht mehr benötigt wird, ist das Heizmittel 40 deaktivierbar.The starting burner 100a according to FIG. 3 has, upstream of the catalyst inlet 11 and downstream of the mixing chamber 80, a heating means 40 in the form of a plate-shaped, electrical heating means 40 for heating a working fluid mixture consisting of the first operating fluid F1 and the second operating fluid F2. The heating means 40 has, like the catalyst 10, a round cross-section and is arranged directly on the catalyst inlet 11. The heating means 40 can be activated for heating the fluid mixture. In the event that the preheating of the fluid mixture is no longer needed, the heating means 40 can be deactivated.

Das erste Betriebsfluid F1 wird gemäß Fig. 3 durch einen Betriebsfluid-Zuführabschnitt 30 zugeführt, der außerhalb des Betriebsfluid-Leitabschnitts 20 entlang einer Außenwandfläche des Betriebsfluid-Leitabschnitts 20 angeordnet und ausgestaltet ist.The first operation fluid F1 is supplied, as shown in FIG. 3, through an operation fluid supply section 30 disposed outside the operation fluid guide section 20 along an outer wall surface of the operation fluid guide section 20.

In Fig. 4 ist ein Startbrenner 100b gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Die zweite Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden anschließend nur Unterscheidungsmerkmale zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform beschrieben.FIG. 4 shows a starting burner 100b according to a second embodiment. The second embodiment substantially corresponds to the first embodiment. To avoid repetition, only distinguishing features between the first and the second embodiment will be described below.

Zunächst wurde gemäß der zweiten Ausführungsform auf den perforierten Trennabschnitt 60 verzichtet. Dadurch kann ein Druckverlust verhindert werden, der durch den perforierten Trennabschnitt 60 im Startbrenner 100b bzw. im Brennstoffzellensystem 1000 verursacht werden könnte. Der Umlenkabschnitt 81b dieser Ausführungsform weist einen Kurvenabschnitt bzw. einen sphärischen Abschnitt auf, durch welchen das erste Betriebsfluid F1 besonders reibungsarm in Richtung des Katalysatoreingangs 11 umleitbar und der Startbrenner 100b entsprechend wirkungsvoll betreibbar ist. Der Betriebsfluid-Zuführabschnitt 30 ist beabstandet zum Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 ausgestaltet. Außerdem ist in Fig. 4 dargestellt, dass innerhalb eines freien Strömungsquerschnitts des Betriebsfluid-Leitabschnitts 20 zwei Fluidführungselemente 15 zur definierten Strömungsbeeinflussung des ersten Betriebsfluids F1 ausgestaltet sind.First, according to the second embodiment, the perforated separating portion 60 was omitted. Thereby, a pressure loss that could be caused by the perforated separating section 60 in the starting burner 100b or in the fuel cell system 1000 can be prevented. The deflecting section 81b of this embodiment has a curved section or a spherical section through which the first operating fluid F1 can be redirected in a particularly low-friction manner in the direction of the catalyst inlet 11 and the starting burner 100b can be operated correspondingly effectively. The operating fluid supply section 30 is configured at a distance from the operating fluid guide section 20. In addition, it is shown in FIG. 4 that within a free flow cross section of the operating fluid guide section 20, two fluid guide elements 15 are designed for defined flow influencing of the first operating fluid F1.

Durch Figuren 1 bis 4 wird ein Verfahren zum Erwärmen eines Betriebsfluids F1 in einem Brennstoffzellensystem 1000 dargestellt. Bei dem Verfahren wird das Betriebsfluidgemisch von der Mischkammer 80 auf das Heizmittel 40 und von dort in den Katalysator 10 geleitet. Genauer gesagt wird das erste Betriebsfluid F1 durch den Betriebsfluid-Leitabschnitt 20 außerhalb des Katalysators 10 entlang der Katalysatorwandung 14 über die gesamte Länge der Katalysatorwandung 14 in Richtung des Katalysatoreingangs 11 geleitet.FIGS. 1 to 4 show a method for heating an operating fluid F1 in a fuel cell system 1000. In the method, the operating fluid mixture is directed from the mixing chamber 80 to the heating means 40 and thence into the catalyst 10. More specifically, the first operating fluid F1 is directed through the operating fluid guide section 20 outside the catalyst 10 along the catalyst wall 14 over the entire length of the catalyst wall 14 in the direction of the catalyst inlet 11.

In Fig. 5 ist ein Katalysator 10 mit einem Katalysatoreingang 11, einem Katalysatorausgang 12 und einer Katalysatorwandung 14 dargestellt. Außerdem zeigt Fig. 5 ein Heizmittel 40, das direkt am Katalysatoreingang 11 angeordnet ist. Wie in Fig. 5 weiter zu erkennen ist, sind an der Katalysatorwandung 14 plattenförmige, lineare Fluidführungselemente 15 zur definierten Strömungsbeeinflussung eines ersten Betriebsfluids F1 ausgestaltet. Die Fluidführungselemente 15 sind stoffschlüssig mit der Katalysatorwandung 14 verbunden und stehen von dieser radial hervor. Die Fluidfüh-rungselemente 15 erstrecken sich in ihrer Längsrichtung parallel zur Durchgangsrichtung D. Wenn ein solcher Katalysator 10 in einem wie in Fig. 3 oder Fig. 4 dargestellten Startbrenner 100a bzw. 100b verwendet wird, sind die Fluidführungselemente 15 innerhalb eines Strömungsquerschnitts bzw. eines freien Strömungsquerschnitts des Betriebsfluid-Leitabschnitts 20 ausgestaltet.FIG. 5 shows a catalyst 10 with a catalyst inlet 11, a catalyst outlet 12 and a catalyst wall 14. In addition, FIG. 5 shows a heating means 40, which is arranged directly on the catalyst inlet 11. As can also be seen in FIG. 5, plate-shaped, linear fluid-guiding elements 15 are designed on the catalyst wall 14 for the defined flow influencing of a first operating fluid F1. The fluid guide elements 15 are materially connected to the catalyst wall 14 and protrude from this radially. The fluid guiding elements 15 extend in their longitudinal direction parallel to the passage direction D. When such a catalyst 10 is used in a starting burner 100a or 100b as shown in Fig. 3 or Fig. 4, the fluid guiding elements 15 are within a flow cross section free flow cross-section of the operating fluid-Leitabschnitts 20 configured.

Bezugszeichenliste 10 Katalysator 11 Katalysatoreingang 12 Katalysatorausgang 13 Katalysebereich 14 Katalysatorwandung 15 Fluidführungselement 20 Betriebsfluid-Leitabschnitt 30 Betriebsfluid-Zuführabschnitt 40 Heizmittel 50 Injektor 60 perforierter Trennabschnitt 70 Gehäusekörper 80 Mischkammer 81a Umlenkabschnitt 81b Umlenkabschnitt 100a Startbrenner 100b Startbrenner 200 Nachbrenner 210 Nachbrennereingang 220 Nachbrennerausgang 230 Nachbrennerkatalysator 240 Temperatursensor 300 Reformer 310 Reformereingang 320 Reformerausgang 330 Reformerkatalysator 400 Brennstoffzellenstapel 410 Anodenbereich 420 Kathodenbereich 500 Wärmetauscher 600 Verdampfer 700 Heiz- bzw. Hotbox 800 Fluid-Verbindungsabschnitt 1000 Brennstoffzellensystem D Durchgangsrichtung F1 Betriebsfluid F2 zweites Betriebsfluid R LeitrichtungReference numeral list 10 Catalyst 11 Catalyst inlet 12 Catalyst outlet 13 Catalysis area 14 Catalyst wall 15 Fluid guide element 20 Operating fluid guide section 30 Operating fluid supply section 40 Heating means 50 Injector 60 Perforated separation section 70 Housing body 80 Mixing chamber 81a Diverting section 81b Diverting section 100a Starting burner 100b Starting burner 200 Afterburner 210 Afterburner inlet 220 Afterburner outlet 230 Afterburner catalyst 240 Temperature sensor 300 reformer 310 reformer input 320 reformer output 330 reformer catalyst 400 fuel cell stack 410 anode region 420 cathode region 500 heat exchanger 600 evaporator 700 heating or hotbox 800 fluid connection section 1000 fuel cell system D passage direction F1 operating fluid F2 second operating fluid R direction

Claims

claims

A start burner (100a, 100b) for a fuel cell system (1000), comprising a catalyst (10) with a catalyst inlet (11) and a catalyst outlet (12), wherein between the catalyst inlet (11) and the catalyst outlet (12) a catalytic region ( 13) for a catalytic reaction of an operating fluid mixture, and a mixing chamber (80) in which the operating fluid mixture can be generated by mixing at least one first operating fluid (F1) with at least one second operating fluid (F2), characterized in that upstream of the catalyst inlet ( 11) and downstream of the mixing chamber (80) a heating means (40) for heating the operating fluid mixture is arranged.

2. Starting burner (100a, 100b) according to claim 1, characterized in that the heating means (40) comprises an electrical heating means (40).

3. Starting burner (100a, 100b) according to one of the preceding claims, characterized in that the heating means (40) is plate-shaped or substantially plate-shaped.

4. starter burner (100a, 100b) according to claim 3, characterized in that only one upper side of the plate-shaped heating means (40), in particular a catalyst inlet (11) facing away from the top plate-shaped heating means (40) is directly heated.

5. Starting burner (100a, 100b) according to one of the preceding claims, characterized in that the heating means (40) has an activation unit, by means of which a heating operation of the heating means (40) can be activated and deactivated.

6. Starting burner (100a, 100b) according to one of the preceding claims, characterized in that an injector (50), which is designed to introduce the at least one second operating fluid (F2) into the mixing chamber (80), upstream of the catalyst inlet (11). is arranged in projection centrally or substantially centrally to the heating means (40).

7. Starting burner (100a, 100b) according to any one of the preceding claims, characterized in that the catalytic region (13) in a passage direction (D) from the catalyst inlet (11) to the catalyst outlet (12) by a catalyst wall (14) is surrounded, wherein outside the catalyst (10) at least in sections along the Katalysatorwandung (14) a Betriebsflu-id-conducting portion (20), for supplying the first operating fluid (F1) to the catalyst inlet (11) is configured.

8. Starting burner (100a, 100b) according to one of the preceding claims, characterized in that the operating fluid guide section (20) along the catalyst wall (14) a direction (R) for the first operating fluid (F1), wherein the guide direction (R ) extends at least in sections parallel or at an acute angle and opposite to the passage direction (D).

9. Starting burner (100a, 100b) according to one of the preceding claims, characterized in that the catalyst wall (14) is at least partially configured in the form of a hollow cylinder and the operating fluid guide portion (20) at least partially annular, at least partially around the catalyst wall (14 ) around, is designed.

10. Starting burner (100a, 100b) according to one of claims 8 to 9, characterized in that the mixing chamber (80) has a deflecting section (81a, 81b) for deflecting a flow direction of the first operating fluid (F1) from the guiding direction (R) the passage direction (D), comprising.

A fuel cell system (1000) having a starting burner (100a, 100b) according to any one of the preceding claims, further comprising an afterburner (200) and a reformer (300), said afterburner (200) for heating said reformer (300) and said starting burners (100a; 100b) for heating the afterburner (200) are arranged and configured.

12. A method of heating an operating fluid mixture in a fuel cell system (1000) according to claim 11, wherein the operating fluid mixture from the mixing chamber (80) on the heating means (40) and from there into the catalyst (10) is passed.

13. The method according to claim 12, characterized in that the operating fluid (F1) through the operating fluid guide portion (20) outside the catalyst (10) at least partially along the catalyst wall (14), in particular over the entire length of the catalyst wall (14), in the direction of the catalyst inlet (11) is passed.

14. The method according to any one of claims 12 to 13, characterized in that the heating means (40) with a temperature sensor (240) for determining a temperature in the fuel cell system (1000), in particular in an afterburner (200) of the fuel cell system (1000), in Communication connection is, wherein a heating operation of the heating means (40) depending on a defined temperature, which is determined by the temperature sensor (240) in the fuel cell system (1000) or in the afterburner (200) is activated or deactivated.